対称な回路の合成抵抗 想定問題 1
5つの接続点a,b,P,Q,Sがある。aとbの間に3本の道があり,上の道はa-P間とP-b間にそれぞれ2 Ω,中央の道はa-Q間とQ-b間にそれぞれ3 Ω,下の道はa-S間とS-b間にそれぞれ2 Ωの抵抗器がつながっている。さらに,P-Q間とQ-S間にそれぞれ5 Ωの抵抗器がつながっている。抵抗器以外の導線や接続部分の抵抗は無視できるとき,a,b間の合成抵抗として,最も適切なものはどれか。
解説
ポイント
左右対称な回路で電流が流れない抵抗を見つけ,a,b 間の合成抵抗を求める問題です。
考え方と解き方
両端が同じ電位の抵抗には電流が流れないので,取り去れます。a と b を入れかえても同じ形なら,まん中の点はみな同じ電位です。
- a に電圧 V,b に 0 をかける。P,Q,S は左右が同じ抵抗なので,電位はどれも V/2
- P−Q 間と Q−S 間の 5 Ω は,両端が同じ電位なので電流0。取り去る
- 道は3本:上 2 + 2 = 4 Ω,中央 3 + 3 = 6 Ω,下 2 + 2 = 4 Ω
並列:1/R = 1/4 + 1/6 + 1/4 = 8/12 = 2/3
- R = 3/2 = 1.5 Ω。答えは ② 1.5 Ω
ほかの選択肢
①(0.75 Ω):道ごとの直列の足し算を忘れ,2 Ω,3 Ω,2 Ω の3本並列とした値です。
③(2 Ω):上と下の 4 Ω の道だけを並列にした値です。中央の道を数え忘れています。
④(2.4 Ω):4 Ω と 6 Ω の2本だけを並列にした値です。道を1本落としています。
覚えておくこと
- A と B から見て対称な位置にある点は,同じ電位。同じ電位の点を結ぶ抵抗には電流が流れないので,取り去っても(つないでも)結果は同じ(テキスト・覚えること)
- 直列・並列で計算する(同じ電位の点を外したら,道ごとに足してから並列にする)(テキスト・解き方)
- まん中の道を数え忘れない(忘れると 1Ω になる)(テキスト・ひっかけ)
- 直列の足し算を忘れて,1Ω を3本並列(1/3 Ω)としない。道ごとに直列を足してから並列にする(テキスト・ひっかけ)
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